短暫機械拉伸導(dǎo)致的人體膀胱平滑肌細胞的液化及其再固化.pdf

1、在人體內(nèi)的細胞長期受到各種力學(xué)刺激,比如,人體氣道平滑肌細胞隨著大約平均6秒一次的的呼吸頻率進行著收縮和拉伸;胃壁與腸道的細胞因為胃腸道的蠕動而受到相應(yīng)的力學(xué)刺激;血管內(nèi)皮細胞受到血液流動引起的剪切應(yīng)力;膀胱平滑肌細胞在膀胱儲存和排放尿液的時候受到相應(yīng)的收縮和拉伸,等等。廣泛的研究表明,這些力學(xué)刺激顯著地影響了活體細胞的結(jié)構(gòu)和功能,因此,如果能在體外實驗中準確模擬細胞在其體內(nèi)生理環(huán)境中所受到的力學(xué)機械刺激,將會在細胞生理學(xué),病理學(xué)的領(lǐng)域

2、取得更新的研究突破。
　　 目前,國內(nèi)外細胞力學(xué)領(lǐng)域在人體細胞如何響應(yīng)外力刺激這個方向內(nèi),主要集中研究剪切應(yīng)力對血管壁內(nèi)皮細胞的影響,以及機械拉伸對相應(yīng)平滑肌細胞的影響。而對于后者的研究主要采用長時間持續(xù)拉伸或者周期性拉伸,結(jié)果顯示會加快肌動蛋白的聚合作用,增強粘著斑的組裝,從而導(dǎo)致細胞硬度增加,使其形態(tài)更接近固態(tài)。此外,對細胞的長時間拉伸觸發(fā)并激活了相關(guān)的生物化學(xué)信號通路,導(dǎo)致細胞在數(shù)秒內(nèi)或者數(shù)分鐘內(nèi)硬度增強。機械拉伸導(dǎo)致的細

3、胞硬化被認為是維持細胞和組織結(jié)構(gòu)完整性的一種保護機制。與此形成鮮明對比的是,最近的一些研究發(fā)現(xiàn),當細胞受到短暫的機械拉伸時會急劇軟化,使其形態(tài)更接近液態(tài)。同時,細胞骨架的重構(gòu)速率也迅速加快。當拉伸停止后,細胞緩慢地再固化,細胞骨架的重構(gòu)速率大大降低。這個現(xiàn)象在亞細胞水平,單細胞水平以及組織水平得到觀察證實?！耙夯爆F(xiàn)象為細胞提供了另外一種機制以適應(yīng)動態(tài)環(huán)境。對于機械拉伸,細胞硬化和細胞軟化兩種機制相輔相成,共同維持細胞物理結(jié)構(gòu)的動態(tài)平衡

4、。
　　 為了進一步研究短暫機械拉伸導(dǎo)致的細胞液化的內(nèi)在機理,本研究以人體膀胱平滑肌作為實驗載體,首先,測試了應(yīng)變?yōu)?0％的短暫拉伸對細胞硬度,細胞牽引力,纖維型肌動蛋白的形態(tài)和所占比例的影響;其次,抑制一些在持續(xù)拉伸中有重要調(diào)控作用的信號通路,觀察液化現(xiàn)象是否也會收到抑制;最后,我們對細胞施加應(yīng)變同樣為10％的短暫壓縮,對比短暫拉伸和短暫壓縮對細胞產(chǎn)生的不同效應(yīng)。我們的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　 ①利用磁微粒扭轉(zhuǎn)細

5、胞測量技術(shù)測試細胞的彈性模量;用顯微鏡測量牽張力技術(shù)測試細胞牽張力;用熒光染色技術(shù)對纖維型肌動蛋白染色,觀測其形態(tài)變化;用western blotting檢測纖維型肌動蛋白和球型肌動蛋白的比例。在短暫拉伸之后,細胞硬度和纖維型肌動蛋白強度水平降低了大約50％,細胞牽引力減小了大約70％,說明細胞迅速“液化”。拉伸停止5分鐘之后,和拉伸前相比,纖維型肌動蛋白的強度水平完全恢復(fù),細胞硬度恢復(fù)至原來的90％左右,細胞牽引力恢復(fù)至原來的60％左

6、右,說明細胞經(jīng)歷再固化。
　　 ②往細胞培養(yǎng)液里添加相應(yīng)的抑制劑對在持續(xù)拉伸中有重要調(diào)控作用的信號通路進行干擾抑制,然后對細胞施加短暫機械拉伸,結(jié)果顯示細胞液化的程度和重新固化的速率和未受到抑制的細胞基本一致,說明這些信號通路沒有參與調(diào)控由短暫拉伸引起的細胞液化和再固化這個過程。
　　 ③對細胞施加短暫的機械壓縮,然后測量細胞的彈性模量和纖維型肌動蛋白的強度變化,并與短暫拉伸后的結(jié)果進行對比。結(jié)果顯示,和短暫拉伸不同,短